[00125771]山东省浅层地热能应用中土壤热堆积问题及应对关键技术研究

1、项目来源与背景 来源：根据山东省国土资源厅文件《关于下达2012年度省地质勘查项目计划的通知》（鲁国土资发[2012]112号）所下达的地质勘查项目计划和任务书,我单位负责承担鲁勘字（2012）106号项目。 背景：山东省是浅层地热能开发利用大省,目前大面积密集布置地埋管换热器较多,因全年冷热负荷并不平衡,导致多余热量（冷量）在地下积累,即土壤热堆积问题。长期运行后“热堆积”会超出土壤自身对热量的扩散能力,从而导致土壤温度逐渐偏离其原始温度,并逐年升高或降低,从而降低系统的运行效率。即使大面积密集布置设计优良的换热系统,如果运行管理不当,也会造成全年地下热失衡问题。 2、技术原理与性能指标 2.1 研究土壤温度对热流冲击的响应机理和特性,系统化研究土壤温度的变异规律。 2.2 研究地下埋管传热机理,建立符合实际的计算模型。 2.3 .以地温实测数据为依据,验证传热计算模型,建立和完善长期地温模拟预测技术,评估热堆积的影响。 2.4 以计算机仿真和地温长期预测技术为基础,深入研究应对土壤热堆积的关键性技术,对系统的最优化设计、最优化运行、最优化管理提供理论和技术支撑。 2.5 选择建立7-10处不同地质构造（包括岩石、沙土等）的换热区域,不同深度处地温常年监测系统,建立地温时控变化的数据仓库。 3、技术的创造性与先进性 3.1 基于无限长线源模型,提出了一种近似动态的地埋管地下热堆积问题的计算模型,它相比采用连续矩形脉冲的方法更直观和简便。 3.2 建立了完善的地温变化长期预测模型。通过对近似动态的地埋管地下热堆积问题的计算模型的简化我们提出了一种用于分析多年逐时负荷条件下竖直地埋管逐时换热状态的方法,相比于用连续矩形脉冲的方法,该方法能有效地节省计算时间,尤其适用于地埋管多年运行状态的模拟。 3.3 基于动态负荷下的地埋管地下热堆积问题的计算模型、简化热泵模型、简化冷却塔模型,太阳能集热器计算模型开发了地源热泵（热堆积分析）优化设计软件系统。该系统可进行地源热泵系统的优化集成,实现系统的最优化设计、最优化控制和管理,可有效的解决土壤的热堆积问题,目前该系统软件已进行了工程实践应用。 3.4 依据典型的工程案例建立了山东省浅层地热能应用监测点,获得了不同地质条件下地温变化的实测数据,这些数据不但可以验证我们建立的地温变化长期预测理论的准确性,而且将对山东省的浅层地热能应用中的热堆积问题研究和应用具有指导意义。 4、技术的成熟程度及适用范围 4.1 开发的地源热泵（热堆积分析）优化设计软件系统可进行地源热泵系统的优化集成,实现系统的最优化设计、最优化控制和管理,可有效的解决土壤的热堆积问题。 4.2 建立了山东省四地9个有代表性的浅层地热能应用监测点,获得了不同地质条件下地温变化的实测数据。用监测数据验证了自主研发的地源热泵（热堆积分析）优化设计软件的可靠性,指导了软件的进一步完善提高。 4.3 建立的近似动态的地埋管地下热堆积问题的计算模型,相比于采用连续矩形脉冲的方法更直观和简便。 4.4 建立的地温变化长期预测模型相比于用连续矩形脉冲的方法能有效地节省计算时间,尤其适用于地埋管多年运行状态的模拟。 5、应用情况及存在的问题 由于时间和经费不足,研究土壤热堆积问题的监测点只设立了4个地区的9个点。下一步我们将完善监测网络,力争建立覆盖山东省各个地市的全面监测网络系统,全面开展山东省的浅层地热能热堆积问题的应用研究,推动浅层地热能在山东省的持续、健康发展。 6、项目成果 6.1 山东省浅层地热能应用中土壤热堆积问题及应对关键技术研究报告1份; 6.2 开发专业应用软件1项：地源热泵（热堆积问题）优化设计软件系统,著作权登记号2012SR110105。